磁控溅射CrAlSiN膜层的高温性能研究

为了探究高速钢在高速切削时的高温氧化行为,采用磁控溅射技术在高速钢表面沉积CrAlSiN硬质膜并进行高温氧化试验,高温氧化温度分别为700,800,900,1 000℃,保温时间为1 h。分别利用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、纳米压痕仪对膜层的微观结构、纳米硬度及模量、磨损率和抗氧化性进行表征及分析。结果表明:CrAlSiN膜层为fcc-CrN结构,纳米硬度、模量和磨损率分别为24.87 GPa、300.51 GPa和0.024 nm/mN。氧化过程中高温氧化温度为700℃时膜层表面产生微裂纹,形成Cr2O3和Al2O3混合氧化层;800℃时出现微量细小的白色颗粒状氧化物;900℃时,微裂纹增长,氧化物数量增多,新增Cr2O3衍射峰;1 000℃时元素扩散剧烈,但未检测到有基体元素扩散至膜层表面,表明膜层仍具有较好的抗氧化性。随着氧化温度的升高,薄膜表面产生裂纹和氧化物,使膜层的纳米硬度、模量降低,磨损率升高。

[CrAlSiN/Si_3N_4]_n多层膜的性能和抗氧化行为的研究

采用反应溅射的方法制备了一系列不同CrAlSiN层厚度的[(CrAlSiN)d/(Si3N4)0.33nm]n多层膜,并系统研究了CrAlSiN层厚度对其结构、形貌、力学性能和抗氧化行为的影响。研究表明,当CrAlSiN层厚度为3.2nm时,[(CrAlSiN)d/(Si3N4)0.33nm]n纳米多层膜具有最优异的力学性能,此时硬度高达34GPa。随后在空气气氛下用高温管式炉对[(CrAlSiN)d/(Si3N4)0.33nm]n多层膜进行氧化实验,氧化温度为700、800、900℃,保温时间2h。实验结果表明,800℃氧化处理后,多层膜仍能保持28.5GPa的硬度值,显示出优秀的抗氧化能力。